Wyznaczanie zakresów potencjałów elektropolerowania na przykładzie stali typu 304 dla zastosowań w przemyśle mleczarskim

Abstract

Proces elektropolerowania (EP) jest jednym ze sposobów wykończającej obróbki powierzchni. EP zmienia topografię powierzchni obniżając jej współczynnik tarcia, zwiększając wytrzymałość zmęczeniową materiału oraz pozwala na otrzymanie powierzchni o bardzo wysokiej czystości z lustrzanym połyskiem. Polerowany przedmiot jest podłączony do źródła prądu stałego jako anoda, na której zachodzi roztwarzanie metalu i jednoczesne wygładzenie powierzchni. Elektropolerowane wyroby ze stali typu 304 znajdują szczególne zastosowanie w przemyśle mleczarskim. Przykładem może być automatyczny robot do udoju krów (Voluntary milking system - VMS) opracowany według innowacyjnej technologii przez firmę DeLaval.

W celu wyznaczenia zakresu potencjałów, przy których należy prowadzić proces elektropolerowania stali 304, wykonano cykl pomiarów potencjodynamicznych na potencjostacie SI 1286. Badania wykazały, że dobry efekt polerowania elektrochemicznego występuje w zbliżonych zakresach dla nieprzepracowanych oraz ustabilizowanych kąpieli elektrolitycznych.
Autorzy: Paweł LOCHYŃSKI, Bogdan SZCZYGIEŁ

1. ELEKTROPOLEROWANIE STALI NIERDZEWNYCH

1.1. ZALETY ELEKTROPOLEROWANIA

Proces elektropolerowania (EP) jest jednym ze sposobów wykończającej obróbki powierzchni. W odróżnieniu od obróbki mechanicznej przy EP otrzymuje się powierzchnię charakteryzującą się bardzo łagodnymi falistymi nierównościami znacznie oddalonymi od siebie. Promienie krzywizny wierzchołków są znacznie bardziej oddalone od siebie niż przy szlifowaniu mechanicznym. Elektrolityczne polerowanie zmienia topografię powierzchni, co wpływa na obniżenie współczynnika tarcia, zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej materiału oraz pozwala na otrzymanie powierzchni o bardzo wysokiej czystości z lustrzanym połyskiem [1]. Mechaniczna obróbka powierzchni pozostawia na podłożu szczątki metalu i osadzonego ścierniwa, często powoduje miejscowe zarysowania powierzchni i wymaga dużego nakładu pracy i czasu. Szczególnie przy obróbce austenitycznych stali nierdzewnych typu 304 szlifowanie jest bardzo pracochłonne i uciążliwe, gdyż materiał ten odznacza się dużą twardością. Ogromną zaletą EP stali nierdzewnych jest możliwość uzyskania równomiernej gładkiej powierzchni nawet dla detali o skomplikowanym kształcie (rys. 1.).



Elektropolerowane wyroby ze stali typu 304 znajdują szczególne zastosowanie w przemyśle mleczarskim. Firma DeLaval opracowała innowacyjną technologię automatycznego robota do udoju krów - Voluntary milking system (VMS). Konstrukcja VMS wykonana jest z wypolerowanej stali nierdzewnej, co stanowi doskonałe zabezpieczenie przed korozją, a ze względu na mała/niską chropowatość powierzchni ogranicza rozwój drobnoustrojów oraz zapewnia komfortowe i higieniczne warunki pracy [6].

1.2. MECHANIZM ELEKTROPOLEROWANIA

Proces elektropolerowania (EP) polega na zanurzeniu przedmiotu przeznaczonego do polerowania w specjalnej kąpieli elektrolitycznej i podłączeniu go jako anody do dodatniego bieguna źródła prądu stałego. Jako katodę stosuje się płyty z materiału odpornego na działanie elektrolitu w warunkach przebiegu procesu. Na anodzie zachodzi roztwarzanie metalu (przedmiot polerowany) i jednoczesne wygładzenie powierzchni [5]. Mechanizm elektropolerowania nie został jeszcze w pełni wyjaśniony. Powszechnie przyjmuje się, że jest spowodowany zróżnicowaniem szybkości roztwarzania metalu w różnych miejscach powierzchni podczas przepływu prądu stałego. Pasywna warstwa tlenkowa pokrywa wgłębienia powierzchni i poprzez swoistą izolację ogranicza roztwarzanie metalu w tych obszarach. Na wierzchołkach powierzchni płynie prąd o większej gęstości powodując szybsze ich roztwarzanie w stosunku do miejsc w zagłębieniach. [4].

Podczas EP na katodzie wydziela się gazowy wodór, natomiast przy wyższych gęstościach prądu może obserwować wydzielanie się tlenu na anodzie. Na rys. 2. przedstawiono schemat elektropolerowania.